Documento de debate sobre ingeniería farmacéutica de células animales y vegetales

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Resumen:

La ingeniería celular es una tecnología clave en la industria biofarmacéutica. Su aplicación en el campo farmacéutico ha desarrollado enormemente la industria farmacéutica de ingeniería celular y tiene amplias perspectivas. A través de la recopilación y el análisis de la literatura relevante, se resumen las tecnologías relevantes en el campo de los productos farmacéuticos de ingeniería celular y su importancia y perspectivas de aplicación en la industria biofarmacéutica.

Palabras clave:

Ingeniería celular; biofarmacéuticos; ingeniería de células animales; transgén; biofarmacéuticos e ingeniería celular. >

Los productos biofarmacéuticos son la utilización integral de la biotecnología. Aislar ingredientes activos de organismos, tejidos biológicos, células y fluidos corporales para preparar productos preventivos, terapéuticos y de diagnóstico [1]. Los biomateriales naturales confieren a los productos biofarmacéuticos las características de alta seguridad, bajos efectos secundarios y alto valor nutricional. Estas importantes ventajas hacen que los productos biofarmacéuticos sean cada vez más populares, lo que también es una de las razones importantes de la continua expansión del mercado biofarmacéutico.

La ingeniería celular toma como objeto de investigación las células, utiliza las teorías de la biología celular y molecular para diseñar y operar según las necesidades, cambiando así las características genéticas de las células para lograr el propósito de mejorar o crear nuevas variedades. Cultivar y reproducir a gran escala, y finalmente extraer productos beneficiosos para el ser humano. En la industria, incluye principalmente la ingeniería inicial (incluido el cultivo celular, la manipulación y preservación de genes) y la ingeniería posterior (incluida la aplicación de células transformadas en la producción de productos biológicos) [2]. Hoy en día, la ingeniería celular juega un papel insustituible en la industria biofarmacéutica.

2. Productos farmacéuticos de ingeniería de células animales

2.1. Descripción general y desarrollo inicial de los productos farmacéuticos de ingeniería de células animales

Los productos farmacéuticos de ingeniería de células animales se remontan a la década de 1950. En aquella época se utilizaban células animales para producir virus, es decir, las células animales se cultivaban en biorreactores y luego se inoculaban con virus atenuados o inactivados para producir vacunas [3]. El proceso técnico común para el cultivo de células animales es dispersar primero los tejidos animales en células individuales y grupos de células (grupos), luego inocularlos en medios de cultivo para el cultivo primario y luego subcultivarlos durante 10 a 50 generaciones para obtener inicialmente las líneas celulares requeridas. Sin embargo, debido a los bajos niveles de expresión de las células en la naturaleza, los productos producidos mediante este método no sólo tienen un bajo rendimiento, sino también un alto costo. Por lo tanto, el cultivo temprano de células animales no recibió suficiente atención.

2.2. Tecnología de hibridoma

El establecimiento de la tecnología de hibridoma en la década de 1970 supuso un nuevo hito en el desarrollo de la tecnología de células animales. Con la aplicación de la tecnología de hibridoma en el campo industrial, han surgido uno tras otro varios productos nuevos, que son de gran importancia en la producción de productos biológicos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades [3]. El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 65438-0984 fue otorgado a tres científicos que fundaron la teoría de los anticuerpos selectivos de antígenos e inventaron la tecnología de anticuerpos monoclonales. Propusieron fusionar linfocitos B que pueden secretar anticuerpos específicos con células de mieloma que pueden proliferar indefinidamente para formar células de hibridoma que pueden producir anticuerpos específicos. Las células de fusión obtenidas mediante este método pueden producir de forma estable anticuerpos monoclonales con fuerte especificidad y alto título.

2.3.Tecnología de producción en masa de células animales

La producción en masa de células animales se refiere al cultivo de una gran cantidad de células animales útiles en biorreactores celulares en condiciones artificiales. La tecnología de medicamentos también es una tecnología clave en la industria farmacéutica. Dado que las células animales son muy sensibles a los cambios en el entorno externo, el proceso de ampliación del cultivo celular debe ampliarse gradualmente desde la escala de laboratorio hasta la escala de producción. Las diferencias en los procesos en cada reactor se han convertido en un desafío técnico importante en la actualidad. proceso de ampliación [4]. La producción de productos biológicos a partir de células animales se ha convertido en un pilar de la industria biotecnológica mundial. Actualmente, muchos agentes biológicos obtenidos a partir de cultivos de células animales son proteínas y anticuerpos.

2.4. Biorreactor animal

El biorreactor animal puede obtener continuamente algunas proteínas que necesita el ser humano a partir de animales genéticamente modificados y producir proteínas industrialmente. Según las diferentes partes de la producción de proteínas, se puede dividir en varios tipos de biorreactores, como biorreactores de sangre y biorreactores de glándulas salivales.

Los científicos han descubierto que debido a que las glándulas mamarias de las hembras pueden expresar proteínas recombinantes de manera eficiente y sufrir algunas modificaciones, los biorreactores de glándulas mamarias se han convertido en la dirección de desarrollo más prometedora de los biorreactores. Con el desarrollo de la tecnología, los productos de los biorreactores mamarios se han ampliado a antitrombina, factores de coagulación, proteínas humanas, lisozima, superóxido dismutasa, interferón y otras enzimas o citocinas de alto valor médico. Como nuevo modelo de producción biológica, el biorreactor de glándula mamaria será más utilizado en la industria biomédica debido a sus ventajas de alto rendimiento y bajo costo en la producción de productos naturales [5].

2.5. Trasplante nuclear animal

El trasplante nuclear animal también tiene buenas perspectivas en la ingeniería celular. El núcleo de la célula donante del animal se extrae y se inyecta en otro ovocito enucleado en la etapa intermedia de la meiosis para cambiar las características genéticas de la célula y producir nuevos productos, que luego se cultivan, multiplican, purifican y extraen in vitro y finalmente se usan para tratar enfermedades. tratamiento. Mi país tiene las primeras investigaciones sobre trasplante nuclear de peces. Tong Dizhou, el "padre de la clonación china", completó el primer trasplante nuclear de células de pez del mundo en la década de 1960. Más tarde, los académicos chinos intentaron llevar a cabo experimentos de fusión nuclear en otras cepas de peces y utilizaron el pez cebra animal modelo para revelar el mecanismo molecular de reprogramación después de la transferencia nuclear. Lograron importantes resultados de investigación y promovieron el rápido desarrollo de la tecnología de transferencia nuclear y otras. campos relacionados[6]. Hoy en día, la ingeniería de células animales tiene gran importancia en el campo de la biofarmacia. Debido a la complejidad de las estructuras de las células animales y a la clara división del trabajo [7], la ingeniería de células animales tiene grandes ventajas.

3. Productos farmacéuticos de ingeniería de células vegetales

3.1. Descripción general y desarrollo inicial de los productos farmacéuticos de ingeniería de células vegetales

Es tradicional utilizar plantas directamente como medicina o extracto activo. Método de ingredientes de plantas. A medida que la tecnología madura, los procesos de procesamiento y extracción se vuelven cada vez más simples, y muchas medicinas tradicionales chinas actualmente se producen de esta manera. Sin embargo, este método sólo es adecuado para plantas que son fáciles de cultivar y de reproducir rápidamente. No es adecuado para plantas con ciclos de crecimiento largos y de difícil extracción, por lo que está sujeto a muchas limitaciones. Por ejemplo, el tejo, que contiene ingredientes anticancerígenos, ha sufrido daños devastadores debido a la tala a gran escala [8].

La medicina de ingeniería de células vegetales toma las células vegetales como unidad de investigación básica y realiza una serie de operaciones en las células vegetales para cambiar las características biológicas de las células vegetales, logrando en última instancia el propósito de mejorar o cultivar nuevas variedades [9] . La aplicación del cultivo de células y tejidos vegetales tiene las ventajas de menos impurezas, extracción simple, alto contenido de ingredientes activos y período de cultivo corto. En la actualidad, los productos farmacéuticos de ingeniería de células vegetales se reflejan principalmente en el cultivo de células y tejidos, la transformación genética y las plantas transgénicas.

3.2.Cultivo a gran escala de ingeniería celular vegetal

En la década de 1950, los científicos estadounidenses propusieron por primera vez el uso de plantas para extraer medicinas naturales a gran escala. Obtuvieron una gran cantidad del ingrediente medicinal furoserona de fermentadores de varios litros. Como uno de los países con la historia más larga de la medicina vegetal, la aplicación de la tecnología de cultivo celular puede ayudar a que la medicina tradicional china desempeñe un papel más importante.

Salvia miltiorrhiza es una medicina tradicional china que tiene las funciones de favorecer la circulación sanguínea y eliminar la estasis sanguínea, favorecer la menstruación y aliviar el dolor. Los componentes principales (ácidos fenólicos y diterpenos) tienen efectos farmacológicos principalmente en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. En la actualidad, debido al bajo contenido de ingredientes activos y al lento crecimiento de Salvia miltiorrhiza, los recursos silvestres de Salvia miltiorrhiza se han destruido a gran escala. La calidad de las variedades cultivadas en varios lugares varía y es difícil satisfacer la demanda del mercado en términos. de cantidad y calidad [10]. Los estudios experimentales han demostrado que cuando las raíces peludas de Salvia miltiorrhiza se cultivan en un reactor especial de tejido vegetal de 10 litros, la tasa de multiplicación del peso fresco llega a 240 veces en solo 50 días, y el contenido de varios ingredientes activos también aumenta considerablemente. Este método es muy adecuado para el crecimiento y acumulación de producto de las raíces peludas de Salvia miltiorrhiza, y evita la contaminación por pesticidas y otras sustancias.

3.3. Tecnología transgénica vegetal

En comparación con los animales transgénicos, las plantas transgénicas tienen ventajas únicas: por un lado, las células vegetales son totipotentes y las condiciones de cultivo celular son simples y fáciles de sobrevivir. por otro lado, las células vegetales son totipotentes y las condiciones de cultivo celular son simples y fáciles de sobrevivir. Por un lado, los genes extraños introducidos en las plantas pueden acumular genes beneficiosos para una expresión optimizada durante la hibridación con otras plantas; También se pueden utilizar plantas genéticamente modificadas para producir vacunas. Las plantas se pueden utilizar como biorreactores para introducir vectores que transportan genes antigénicos en las células receptoras y expresar y modificar dichos antígenos específicos en las plantas para convertirlos en proteínas inmunoactivas. Plátanos, zanahorias, patatas, etc. Se pueden utilizar como plantas receptoras. Algunas vacunas vegetales con genes codificados por transformación, como HBsAg, LTB y norovirus, se han utilizado para prevenir y tratar la hepatitis B y la diarrea bacteriana. En ensayos biológicos y clínicos, demostró respuestas inmunes favorables.

En comparación con las vacunas tradicionales, tiene las ventajas de un bajo costo de producción, una alta tasa de éxito y una fácil producción a gran escala. Aunque la investigación sobre vacunas de plantas genéticamente modificadas aún está en sus inicios, los experimentos biológicos con plantas genéticamente modificadas reportados en mi país han logrado ciertos resultados [11] y se han convertido en un avance importante en la industria farmacéutica de mi país.

3.4. Biorreactor vegetal

El biorreactor vegetal también se denomina “fábrica farmacéutica de genes vegetales”. Esta tecnología amplía las fuentes de proteínas y vacunas farmacéuticas, reduce costos, amplía la escala de la industria biofarmacéutica y genera un enorme valor comercial. La investigación y el desarrollo de biorreactores vegetales son de gran importancia para alcanzar las alturas dominantes de la bioeconomía mundial. Muchos países desarrollados han incluido la investigación y el desarrollo de biorreactores vegetales en el plan estratégico nacional de investigación clave en biotecnología [12]. China comenzó a desarrollar plantas de energía nuclear como reactores en la década de 1990. En la actualidad, todavía existe una cierta brecha entre la investigación y la inversión en biorreactores vegetales y los países desarrollados. Después de que el Noveno Plan Quinquenal Nacional brindara apoyo político a este proyecto, se han logrado grandes avances [13].

4. Importancia y perspectivas de los productos farmacéuticos de ingeniería celular.

Estudiar el progreso de la investigación y las perspectivas de los productos farmacéuticos de ingeniería celular es de gran importancia para el desarrollo de la industria farmacéutica. Según las estadísticas, el 50% de los productos farmacéuticos del mundo provienen de productos farmacéuticos obtenidos mediante ingeniería celular, de los cuales aproximadamente la mitad son extractos de células vegetales y extractos de células animales. La ingeniería celular ocupa una posición importante en la industria biofarmacéutica y proporciona una base técnica para el desarrollo de nuevos fármacos. Se utiliza ampliamente para tratar enfermedades inmunitarias, mejorar la eficacia y la innovación farmacológica [8]. La investigación en medicina de ingeniería celular está logrando avances constantes y su influencia y perspectivas son cada vez más evidentes. Hoy en día, los productos biofarmacéuticos y la ingeniería celular están estrechamente vinculados. Con la aplicación generalizada de la tecnología de ingeniería celular en la producción biofarmacéutica, la industria biofarmacéutica se ha desarrollado rápidamente y ha logrado enormes beneficios económicos [14].

Con la aparición y actualización de más tecnologías emergentes, podemos aprovechar al máximo varias plataformas tecnológicas para encontrar las mejores soluciones de investigación en la futura investigación y desarrollo de fármacos de ingeniería celular. La combinación con otros campos relacionados también promoverá mejor el desarrollo de productos biofarmacéuticos en mi país. Durante el último medio siglo, la medicina de ingeniería celular se ha desarrollado rápidamente y se han logrado muchos resultados de investigación en el campo médico. Por lo tanto, durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", debemos prestar más atención a las industrias estratégicas emergentes y acelerar y expandir aún más el desarrollo de la biotecnología de nueva generación.

Referencias

[1] Lei Shicheng, Yang Yonghong Estado de desarrollo biofarmacéutico, características y plataforma tecnológica [J]. .

[2]Li Gang, Liu Peng, Liu Chengxun, etc. Estado de la investigación y perspectivas de desarrollo de productos farmacéuticos de ingeniería celular en mi país [J Chinese Journal of Modern Applied Pharmacy, 2002(4):28-31.

Hu Xianwen, Xiao Chengzu. El estado de la ingeniería celular en la industria biofarmacéutica [J]. Cartas de biotecnología, 2001(2):39-44.

[4] Liu, Zhao Mengjiang, et al. Estrategia de control del dióxido de carbono en cultivos a gran escala de células de mamíferos [J]. >

Xie Jingying, Zhang Yong, Feng Ruofei. Progreso de la investigación en el campo de los productos biofarmacéuticos [J]. Revista de Nacionalidades de la Universidad del Noroeste (Edición de Ciencias Naturales), 2018(2):61-66.

Wang Xuegeng, Zhu, Sun Yonghua, et al. Trasplante y reprogramación nuclear de células de peces [J].

[7] El estado de Tang Cell Engineering en la industria biofarmacéutica [J 2020(6):198.

Guo Yongjingcheng. Progreso de la investigación en la producción de fármacos de ingeniería de células vegetales [J] Jiangxi Science, 2000 (1): 62-64.

[9] Zhao Yuping, Yang Xia, Gao Fengli. Progreso de la investigación en medicina celular vegetal [J] Educación a distancia moderna china sobre medicina tradicional china, 2012(12):169-170.

[10] Investigación sobre estrategias de inducción y proceso para mejorar la producción de tanshinona a partir de raíces peludas de Salvia miltiorrhiza [D] Tianjin: Universidad de Tianjin, 2005.

Yang Zhihong, Lin Lu y Hao Yuping. Avances de la investigación sobre vacunas vegetales modificadas genéticamente [J]. Journal of Nuclear Agriculture Sciences, 2020(12):86-102.

[12] Zhang Shengli, Li Dongfang, Xu Guifang, et al. Aplicación de biorreactores vegetales en productos biofarmacéuticos [J] Resource Development and Market, 2011, 27 (2): 102-105.

Li Conglin.

Investigación sobre ingeniería celular en farmacia [J] Science and Technology Wind, 2021(5):173-174.

Chen Qi. El estado de la ingeniería celular en la industria biofarmacéutica [J]. Zona de alta tecnología de China, 2018(3):58.

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